DE2249979A1

DE2249979A1 - Vorrichtung zur flugbahnfuehrung nach einem funkleitstrahl

Info

Publication number: DE2249979A1
Application number: DE2249979A
Authority: DE
Inventors: Eugen Julius Dipl In Bettinger; Hartmut Heiner Dipl In Boehret; Guenther Dipl Ing Dr Schaenzer
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1972-10-12
Filing date: 1972-10-12
Publication date: 1974-04-18
Also published as: FR2203081A1; DE2249979C2; US3819914A; GB1424760A; FR2203081B1

Description

Bodenseewerk Gerätetechnik GmbH., Überlingen/Bodensee

Vorrichtung zur Flugbahnführung nach einem Punkleitstrahl

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flugbahnführung nach einem Funkleitstrahl, der die Flugzeugposition relativ zu einem Leitstrahlsender nach Elevation, Azimut und Schrägentfernung als Signale an einem bordseitigen Leitstrahlempfanger liefert.

Es sind Anflug- und Landesysteme bekannt, die dem Piloten Azimut, Elevation und Schrägabstand relativ zu einem an der Landebahn angeordneten Leitstrahlsender liefern. Bei einem bekannten Verfahren ( TACAN ) enthält der Leitstrahlsender einen zentralen vertikalen Dipol, der impulsförmige Signale aussendet. Um diesen Dipol rotiert mit 15 Hertz ein Zylinder mit einem auf einer Hantellinie desselben angeordneten Reflektor. Dadurch wird das von dem Dipol ausgesandte Signal in jeder Richtung mit 15 Hertz moduliert, wobei jedoch die Phasenlage der Modulation richtungsabhängig istο Durch einen weiteren, ebenfalls mit 15 Hertz rotierenden mit neun Reflektoren versehenen Zylinder wird dieser Modulation noch eine Modulation mit 135 Hertz für die Winkelfeinanzeige überlagert. Ein weiterhin ausgesandter Referenzimpuls gibt an, wann das Maximum der

409816/0186

Postscheckkonto Essen 47247 · Commerzbank AG Düsseldorf, Depositenkasse Hauptbahnhof

Strahlung z.B. genau in östlicher Richtung liegt. Aus der Phasendifferenz der 15 Hertz - Grundmodulation gegenüber diesem Referenzimpuls kann ein Instrument im Flugzeug den Azimutwinkel des Flugzeugs bestimmen. Eine ähnliche Wirkung wird bei einem anderen bekannten Syste-m ( SETAC ) erzielt, bei welchem mehrere Dipole im Abstand voneinander angeordnet sind.

Ein Dipol sendet mit einer Trägerfrequenz f , ein davon im Abstand einer Wellenlänge Λ angeordneter Dipol sendet mit einer davon um 15 Hertz verschiedenen Frequenz und ein dritter Dipol, der im Abstand 9 \ angeordnet ist, sendet mit f +135 Hertz. Es tritt ein ähnlicher Effekt mit einem mit 15 Hertz umlaufenden Strahlungsdiagramm auf, dem die 135 Hertz - Modulation überlagert ist, so daß eine vom Azimutwinkel abhängige Modulation der Feldstärke am Ort des Flugzeugs erhalten wird. Dabei ist jedoch einem bestimmten Phasenwinkel ein z.B. um einen Faktor 10 kleinerer räumlicher Winkel zugeordnet, so daß die Positionsbestimmung wesentlich präziser wird.

Die Elevationsmessung erfolgt bei dem bekannten System durch Ausnutzung des Dopplereffektes. Es ist ein Antennensystem mit einer Vielzahl übereinander und parallel zueinander angeordneten Dipolen vorgesehen. Durch einen Antennenkommutator wird eine Frequenz f_Q + fjj mit einer Frequenz f nacheinander auf die verschiedenen Dipole gegeben, so daß ein Dipol simuliert wird, der nach einer sägezahnförmigen Weg-Zeit-Charakteristik mit der Frequenz f von unten nach oben bewegt wird. Durch Spiegelung der ausgesandten Wellen am Erdboden wird vom Flugzeug aus außerdem ein entsprechender periodisch nach unten bewegter Strahler

40981 6/0186

"beobachtet. Vom Plugzeug aus wird dann eine dem Sinus des Elevationswinkels proportionale Doppler-Frequenzverschiebung f-r. beobachtet. Zusätzlich wird von dem Leitstrahlsender die Trägerfrequenz f ausgesandt. Das im Flugzeug beobachtete Frequenzspektrum enthält dann f_Q, f_Q + fg- - f-p und f + .fg. + f-p, woraus f-p und der Elevationswinkel bestimmbar sind.

Die Schrägentfernung wird nach einem bekannten Verfahren aus der Laufzeit von Impulsen bestimmt. Das im Flugzeug angeordnete Gerät sendet einen Impuls aus (Abfrageimpuls) der an dem zugehörigen Bodengerät einen Sendeimpuls (Antwortimpuls) auslöst. Aus der Zeitdifferenz zwischen Abfrage- und Antwortimpuls wird die Schrägentfernung bestimmte

Ein Anflug- und Landesystem der vorstehend angedeuteten Art-ist beispielsweise beschrieben in dem Aufsatz von Eckert und Röper "Das Anflug- und Landesystem SETAC" in "Luft- und Raumfahrttechnik 16 (1970) Ir. 2, 43-48".

Üblicherweise ist ein erster Flugleitstrahlsender, der auf diesen bezogene Azimut- und Schrägabstandssignale liefert, am Ende der Landebahn angeordnet, wobei der Landebahnriehtung der Azimutwinkel 0 entspricht. Ein zweiter Funkleitstrahlsender, der ein auf den letzteren bezogenes Elevationssignale liefert, ist neben der Landebahn in der Höhe des idealen Aufsetzpunktes angeordnete Der Landeanflug erfolgt bei konventionellen Systemen längs einer geraden Flugbahn, die einem konstanten, von dem Piloten gewählten oder vom Leitstrahlsystem vorgegebenen (ILS) Elevationswinkel entsprechen kann_c Die Abweichungen des Elevationswinkels von dem gewählten

409816/0186 · _ ₄

Sollwert "bzw. des Azimutwinkels von dem Wert Θ werden von einem Kreuzzeigerinstrument oder Flightdirector angezeigt oder auf ein automatisches Flugregelungssystem aufgeschaltet. Das erstere ist ein Instrument mit zwei Systemen, die zwei zueinander gekreuzte Zeiger bewegen. Der Pilot muß das Plugzeug auf einer solchen Plugbahn führen, daß die Zeiger sich ständig in der Mitte des Instruments kreuzen. Bei bekannten Anflug- und Landesystemen (ILS, SETAC, TACAN) ist dabei der Zeigerausschlag proportional der Ablage des Elevationswinkels bzw. des Azimutwinkels.

Dabei tritt der unerwünschte Effekt auf, daß die Empfindlichkeit der Anzeige in Bezug auf Höhen- und Seitenabweichungen des Flugzeugs von kommandiertem Leitstrahl mit zunehmender Annäherung an den Leitstrahlsender anwächst (Fig. 5)· Wird die dem Vollausschlag des Instruments entsprechende Winkelablage zu groß gewählt, dann ist bei großen Entfernungen vom Leitstrahlsender die Bahnführung zu ungenau. Wird jedoch die dem Vollausschlag des Instruments entsprechende Winkelablage kleiner gewählt, dann erhält man zwar in großen Entfernungen vom Leitstrahlsender eine befriedigende Bahnführung. Bei der Annäherung an den Leitstrahlsender wird jedoch die Anzeige zunehmend empfindlicher. Schon bei kleinen Höhenabweichungen des Flugzeugs, die sich auch bei mittlerem Böigkeit nicht vermeiden lassen, schlägt das Instrument stark nach der einen oder der anderen Seite aus. Es zeigt sich, daß bei manuellem Landeanflug unter Instrumentenflugbedingungen bei mittlerer Böigkeit bei einer Schrägentfernung von etwa 5000 Meter eine Instabilität der Bahnführung eintrat. Bei einem Elevationswinkel von 3° entspricht dies einer Höhe des Flugzeuges von 260 Meter. Unterhalb dieser Höhe kann der Pilot dann das Flugzeug nicht mehr

409816/0186

allein nach dem Kreuzzeigerinstrument fliegen. Br muß sich wegen der Instabilität vom Leitstrahl lösen und den restlichen, kritischen Teil der Landung ohne Leitstrahlhilfe nach Sicht durchführen.

Es ist schon versucht worden, diese Schwierigkeiten durch eine zeitprogrammierte stufenweise Umschaltung des Verstärkungsgrades zu meistern. In der Praxis haben sich solche Systeme jedoch nicht bewährt, da bei einem vorgegebenen Zeitprdgramm der Schrägabstand im Zeitpunkt der Umschaltung beeinflußt durch die verschiedensten Faktoren stark schwankt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Flugbahnführung nach einem Funkleitstrahl der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die eine einwandfreie Bahnführung auf geraden oder gekrümmten Anflugprofilen ohne Instabilität bis zum Aufsetzpunkt gestattet, sei es bei manuellem Landeanflug, sei es bei einer automatischen Flugbahnführung.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Leitstrahlempfanger mit einem analogen oder digitalen Rechner verbunden ist, durch den die einer winkelmäßigen Ablage von einem geraden oder gekrümmten Anflugprofil entsprechenden Ablagesignale mit der Schrägentfernung oder einer Funktion derselben multipliziert werden.

Durch Multiplikation der Winkelablage mit der nichtmodifizierten Schrägentfernung ergibt sich die Höhenablage bzw» die wegmäßige Seitenablage, und zwar unabhängig von Schrägentfernung vom Leitstrahlsender und geflogener Flugbahn. Das Instrument für die Flugbahnführung hat auf diese Weise während des gesamten

409816/0186

Landeanflugea die gleiche Empfindlichkeit für wegmäßige Abweichungen von der kommandierten Plugbahn, ao daß das Flugzeug mit gleichbleibender Genauigkeit und ohne die Gefahr einer Instabilität auf der kommandierten Flugbahn gehalten werden kann. Wie noch geschildert wird, kann es wünschenswert sein, die Empfindlichkeit dee' Instruments gegen wegmäßige Ablagen von der kommandierten Flugbahn nicht über den gesamten Gleitpfad konstant zu halten, sondern nach einer gewünschten Funktion von der Schrägentfernung zu verändern. Das kann dadurch geschehen, daß die Ablagesignale mit einer geeigneten Funktion der Schrägentfernung multipliziert werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verwendung mit einer Funkleitstrahl-Sendeanordnung, bei welcher ein erster Funkleitstrahlsender auf diesen bezogene Azimut- und Schrägabstandssignale liefert und ein in einem vorgegebenen Abstand davon angeordneter zweiter Sender ein auf den letzteren bezogenes Elevationssignal, kann in der Weise aufgebaut sein, daß der Rechner einen ersten und einen zweiten Funktionsgeber enthält, von denen der erste von dem Schrägentfernungasignal und der zweite von einem Signal beaufschlagt ist, welches proportional zu der Differenz der Schrägentfernung und des besagten vorgegebenen Abstands ist, daß das Ausgangsaignal des ersten Funktionsgebers zusammen mit einem Azimutwinkel-Ablagesignal einem ersten Multiplizierglied zugeführt wird und daß das Ausgangssignal des zweiten Funktionsgebers zusammen mit einem Elevationswinkel-Ablagesignal einem zweiten Multiplizierglied zugeführt wird. Die Ausgangssignale der beiden Multiplizierglieder können die beiden Systeme eines Kreuzzeigerinstruments beaufschlagen. Sie können jedoch auch zur automatischen Bahnführung verwendet werden,

409816/018 6 ~⁷~

Es ist dabei die bei kleinen Elevationswinkeln zulässige Annahme gemacht worden, daß der Abstand des Plugzeuges von dem zweiten Sender, der das Elevationssignal liefert, gleich der Differenz des Schrägentfernungssignals von dem ersten Sender und des Abstandes zwischen ersten und zweiten Sender ist,

> O

Der Abstand (E. ) von Elevations- und Azimutsender wird bei mobilen Leitstrahlsystemen automatisch für Synchronisationsaufgaben bestimmt und steht im Empfänger als Signal zur Verfügung. Da der Azimutsender üblicherweise die Schrägentfernung (DME) abstrahlt, kann die Elevations schräg entfernung bei Elevationswinkeln bis zu 15° mit einer Genauigkeit besser als 1$ durch Subtraktion aus DME und Senderabstand bestimmt werden.

Für die Führung des Flugzeuges im Azimut hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß der erste !Funktionsgeber das Schrägentfernungssignal nach einer Funktion überträgt, die in einem Bereich kleiner Schrägentfernungen einen proportionalen Anstieg, im Bereich mittlerer Schrägentfernungen einen konstanten Wert und in einem Bereich großer SchrägentfernungeiiL (Einfädeln auf vorgegebene Flugbahn)· einen erneuten proportionalen Anstieg zeigt. Die Empfindlichkeit des Instruments gegen seitliche wegmäßige Abweichungen wird dann im Bereich kleiner Schrägentfernungen konstant. Im Bereich mittlerer Schrägentfernungen liefert der Funktionsgeber ein konstantes Signal, d„h. daß die Empfindlichkeit der Anzeige einer seitlichen Wegablage umgekehrt proportional zur Schrägentfernung ist oder, andersherum ausgedrückt, der Ort der dem Vollausschlag des Instruments entsprechenden seitlichen Ablagen von dem

- 8 409816/0186

Leitstrahlsender weg trichterförmig nach außen läuft. Bei großen Schrägentfernungen ergibt sich wieder eine konstante, allerdings verminderte Empfindlichkeit für wegmäßige Ablagen im Azimut. Der Ort der dem Vollausschlag des Instruments entsprechenden Wegabweichungen vom Leitstrahl wird von zwei parallelen Geraden gebildet. Auf diese Weise wird in der Nähe des Leübtrahlsenders, also kurz vor dem Aufsetzen, eine konstante Empfindlichkeit gegen seitliche Wegablagen von der kommandierten Flugbahn erhalten. In einem mittleren Bereich von Schrägentfernungen werden die Winkelablagen wie bei dem bisher üblichen Anflug auf das Instrument geschaltet. Dieses Verfahren hat sich für mittlere Schrägentfernungen bewährt. Bei großen Schrägentfernungen wird wieder mit verminderter konstanter Empfindlichkeit für Wegabweichungen gearbeitet.

Dieses Verfahren ermöglicht folgende einfache Intercept-Prozedur, wenn das Flugzeug mit senkrecht oder schräg zum Leitstrahl verlaufenden Kurs auf diesen zufliegt. Wenn dann das Kreuzzeigerinstrument für die Azimutabweichung einen bestimmten vorgegebenen Ausschlag liefert, kann der Pilot z.B. eine Standardkurve mit I80⁰/min einleiten, um nach einer von der Anflugrichtung abhängigen Zeit genau auf die Mitte des Leitstrahls einzuschwenken. Dieses Verfahren ist im Gegensatz zu den bisherigen unabhängig davon möglich, in welcher Entfernung vom Leitstrahlsender das Flugzeug auf den Leitstrahl trifft.

Für die Höhenführung des Flugzeugs ist es vorteilhaft, daß der zweite Funktionsgeber das Differenzsignal nach einer Funktion überträgt, die in einem Bereich kleiner Schrägentfernung einen linearen Anstieg, in einem Bereich mittlerer Schrägentfernung einen konstanten Wert und im Bereich großer Schrägentfernung einen Abfall zeigt.

_ 9 _ 409816/0186

22A9979

Bei einem solchen Punktionsverlauf des Funktionsgebers wird nämlich wie im Falle der Aziinutführung in der- Iahe des Leitstrahlsenders eine konstante Empfindlichkeit für Höhenabweichungen erhalten, während in einem mittleren Bereich nach AblagewinkeIn gesteuert wird» Im Gegensatz zu der Führung im Azimut ergibt sich jedoch in der Höhenführung eine überproportionale Verminderung der Empfindlichkeit für Höhenabweichungen. Das erleichtert bei der Höhenführung das " Einfädeln " des Flugzeugs in den Leitstrahl. Die Linien der dem Vollausschlag des Instruments entsprechenden Höhenabweichungen haben dann eine " trompetenförmige · " Gestalt«,

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung und zeigt eine Landebahn mit einer üblichen Funkleitstrahlanordnung enthaltend Elevations-Leitstrahlsender, Azimut-Leitstrahlsender und Entfernungsmeßgerät ( DME )„

Fig. 2 ist eine zugehörige Draufsicht und veranschaulicht die Geometrie der Azimutmessung.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht und veranschaulicht die Geometrie der Elevationsmessung.

Figo 4 ist eine Seitenansicht und veranschaulicht die Entfernungs-Geometrie.

Figo 5 sind Diagramme, welche bei einer konventionellen Kreuzzeigeranzeige die dem Vollausschlag des Instruments entsprechende

409816/0186

- ίο -

wegmäßige Ablage, den einer Winkelablageeinheit entsprechenden Zeigerausschlag sov/ie den auf wegmäßige Ablagen bezogenen Verstärkungsgrad "der Anzeige als Punktion der Schrägentfernung vom Leitstrahlsender dar- < stellen.

Pig. 6 zeigt den zeitlichen Verlauf der Abweichungen vom Leitstrahl bei einem manuellen Anflug nach einem in konventioneller Weise von der winkelablage beaufschlagten Kreuzzeigerinstrument.

Pig. 7 zeigt als Blockschaltbild eine Vorrichtung zur Plugbahnführung nach der Erfindung.

Fig. 8 sind Diagramme ähnlich Pig. 5 für eine - einfachste - Ausführuhgsform der Erfindung.

Pig. 9 zeigt Diagramme ähnlich Pig. 5 für eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher in geringem Abstand von dem Leitstrahlsender die wegmäßige Ablage und größerem Abstand wie bei konventionellen Geräten die Winkelablage auf das Instrument gegeben wird.

Pig. 10 zeigt Diagramme ähnlich Pig. 5 für eine Ausführungsform der Erfindung, die insbesondere für die Seitenführung des Plugzeuges geeignet ist.

- 11 409816/0186

Pig. 11 zeigt Diagramme ähnlich Fig. 5 für eine Ausführung sform, die insbesondere für die Höhenführung des Flugzeugs geeignet istο

Fig. 12 zeigt Diagramme ähnlich Pigο 11ο

Pig. 13 zeigt Linien konstanten Kreuzzeigerausschlages für die Höhenführung des Plugzeugs "bei einer Ausführungsform der Erfindung mit Charakteristiken etwa nach Pig. 11.

Pig. 14 zeigt Linien konstanten Kreuzzeigerausschlages für die Seitenführung des Plugzeugs "bei einer Ausführungsform der Erfindung mit Charakteristiken etwa nach Pig. 10_o

Pigo 15 zeigt eine Vorderansicht eines zugehörigen Zeigerinstruments.

Pig, 16 zeigt eine mögliche Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Verhaltens nach Pig. 9ο

Die Piguren 1 "bis 4 veranschaulichen den Aufbau der Leitstrahlsenderanordnung und die geometrischen Verhältnisse. Mit 10 ist eine Landebahn bezeichnet. Auf der Landebahn soll das Plugzeug in einem Punkt 12 aufsetzen. Am Ende der Landebahn ist ein Leitstrahlsender H angeordnet, der ein Azimut- und ein Schrägentfernungssignal liefert. Der Azimutwinkel ist dabei auf die Mittellinie 16 der Landebahn bezogen und wird im folgenden .mit X, bezeichnet. Neben der Landebahn 10 befindet sich in der Höhe des Aufsetzpunktes 12 ein Leitstrahlsender 18 für die Messung des EIevationswinkels. Der Elevationswinkel wird nachstehend

409816/0186 · - 12 -

mit ( bezeichnet. Der Abstand des Leitstrahlsenders 18 von dem Leitstrahlsender H ist mit R^ bezeichnet. Der Azimutwinkel des kommandierten Leitstrahls, längs.dessen das Flugzeug anfliegen soll, wird mit ^ ^ bezeichnet. Normalerweise wird X _L gleich 0 sein, d.h. das Flugzeug soll in Längsrichtung der Landebahn anfliegen. Die Schrägentfernung von dem Leitstrahlsender H zu dein Flugzeug ist mit R₀ bezeichnet» Das ist auch die Entfernung, die mit dem Entfernungsmeßgerät (DME) gemessen wird» Die Winkelablage ist mit .'VlEi-. und die zugehörige wegmäßige Seitenablage mit Δ S bezeichnet» Es gilt die Beziehung

( 1 ) AS= A€ _L R_a

Der Elevationswinkel des kommandierten Leitstrahls, längs welchen das Flugzeug geführt werden soll, ist mit £, bezeichnet. Dieser Elevationswinkel ist auf den Aufsetzpunkt 12 als Scheitelpunkt bzw. auf den Elevations-Leitstrahlsender 18 bezogen. Bezeichnet man mit R die Schrägentfernung von dem Aufsetzpunkt bzw. Elevations-Leitstrahlsender und mit Λ^ die Elevationswinkelablage von dem kommandierten Leitstrahl sowie mit A h die Höhenablage γόη dem kommandierten leitstrahl, dann gilt

( ο ) <\ f* - TtJ^

Für kleine Bahnelevationswinkel kann mit hinreichender Näherung cos /"^ = 1 gesetzt werden» Unter den gleichen Bedingungen ergibt sich

^{( 3} ' ^Ee = ^Ea - ^RL '

wobei R_a mittels des Entfernungsmeßgerätes (DME) bestimmt wird«

4098 16/0 186

Die in Gleichung 1 und Gleichung 2 angegebenen Winkelablage!*^ L undA.-fl werden "bei bekannten Geräten für manuelle Anflüge auf einem Kreuzzeigerinstrument linear angezeigte Ein solches Kreuzzeigerinstrument hat sich rechtwinklig kreuzende Zeiger, die jeder von einem System nach Maßgabe der Azimut- "bzw. Elevationswinkelablage ausgelenkt werden,, Der Pilot muß das Flugzeug so führen, daß die Zeiger sich ständig in der Mitte des Instruments kreuzen, Bei den bekannten Geräten ergibt sich das Problem, die Anzeigeempfindlichkeiten geeignet zu wählen, d.h₀ zu bestimmen, welcher Winkelablage ein Vollausschlag des Kreuzzeigerinstrumentes entsprichtο Sine große Empfindlichkeit erhöht zwar die Genauigkeit des Anflugs, führt aber zu Instabilität der Plugbahnbewegungen. Als Kompromiß zwischen Stabilität und Genauigkeit hat sich bei konventionellen ILS - Anflügen eine konstante Anzeigeempfindlichkeit im Azimut von A„ = - 2,5° Winkelablage pro Kreuzzeigervollausschlag

und in der Elevation von

Ag. = - 0,5
schlag erwiesen.

= - 0,5 Winkelablage pro KreuzzeigervollausDie dabei auftretenden Verhältnisse sind in Figo 5 in Diagrammen dargestellt.

Das obere Diagramm in Pig» 5 zeigt in Abhängigkeit von der Schrägentfernung die wegmäßige Ablage .1 S_Q vom Leitstrahl, die einen Vollausschlag des Kreuzzeigerinstruments hervorruft. Bei der Azimutwinkelablage O_x %, entspricht die Entfernung R der Entfernung- vom Leitstrahlsender

el·

(Figo 1) während im Falle der Elevationswinkelablage Δ/ _

-' L die Entfernung von dem Leitstrahlsender 18 maßgebend ist«, Es zeigt sich, daß die zu einem Vollausschlag des

409816/0186 -

Instruments führende wegmäßige Ablage von Leitstrahl um so geringer wird, je näher das Plugzeug an den Leitstrahlsender herankommt, je kleiner also R wird. Das mittlere Diagramm in Pig. 5 zeigt die auf den Ablagewinkel bezogene Anzeigeempfindlichkeit des Kreuzzeigerinstruments, die entfernungsunabhängig konstant ist«, Das untere Diagramm zeigt die auf die Wegablage bezogene Anzeigeempfindlichkeit Y, d.h. der Aussehlag des Kreuzzeigerinstruments pro Wegeinheit Ablage vom Leitstrahl. Es zeigt sich, daß diese auf die wegmäßige Ablage vom Leitstrahl bezogene Anzeigeempfindlichkeit nach einem 1 - Gesetz ändert, also mit abnehmender Entfernung vom

Leitstrahlsender sehr stark zunimmt, wobei natürlich schließlich das Instrument schon bei Kleinen Leitstrahlablagen an den Anschlag gelangte

Es hat sich gezeigt, daß mit einer solchen Charakteristik der Anzeige eine stabile Leitstrahlführung bei manuellem Anflug nur bis herab zu einer bestimmten Mindestentfernung vom Leitstrahlsender möglich ist. Bei mittlerer Böigkeit liegt diese Entfernung etwa bei 5000 Metern, Pig. 6 zeigt ein Diagramm., welches die Abweichungen vom Leitstrahl bei einem manuellen Anflug bei Annäherung an den Leitstrahlsender verdeutlicht. Es zeigt sich, daß von einem bestimmten Punkt an das Plugzeug wegen der zu hoch werdenden Empfindlichkeit der Anzeige nicht mehr stabil auf dem Leitstrahl gehalten werden kanne

Pig. 7-zeigt eine erfindun_o-sgemäße Einrichtung«

_ 15 _ BAD ORIGIN^AL

409816/0186

Hit 20 ist ein Bordgerät bezeichnet, welches in bekannter Yielse ZoBc aus einem SETAC - Leitstrahl die Schrägentfernung R von dem Azimut-Leitstrahlsender H, die Azimutwinkelablage /.,_;96 -r und die Elevationswinkelablage A/'k und die Entfernung der beiden Sender R-r lieferte Bei L ei tstrahlsystemen,,die kein R-^-Signal liefern, muß dieser für den jeweiligen Landeplatz bekannte Wert vom Piloten manuell eingegeben werden. Das R - Signal von dem Bordgerät 20 wird auf einen ersten Funktionsgeber 22· gegeben, der ein Ausgangssignal an einem Ausgang 24 als Funktion der angegebenen Schrägentfernung liefert. Dieses Ausgangssignal am Ausgang 24 wird zusammen mit dem l^.-fL L - Signal von dem Bordgerät 20 einem Multiplizierglied 26 .zugeführt. Der Ausgang 28 des Multipliziergliedes 26 ist auf ein System des Kreuzzeigerinstrumentes 30 geschaltet. Ein zweiter Funktionsgeber 32 wird von der Differenz R_ - R_T beaufschlagt, welche

a Ju

näherungsweise der Schrägentfernung R von dem EIevations-Leitstrahlsender 18 entspricht. Der Funktionsgeber 32 liefert an einem Ausgang 34 ein Signal als Funktion des angegebenen Differenzsignals₀ Das Ausgangssignal von dem Ausgang 34 wird zusammen mit dem -^a L-Signal von dem Bordgerät 20 einem Multiplizierglied 36 zugeführt« Der Ausgang 38 des Multipliziergliedes 36 ist auf das zweite System des Kreuzzeigerinstruments 30 geschaltet. Das Xreuzzeigerinstrument bzw_o der Autopilot 30 ist somit von Signalen beaufschlagt, die proportional zu den Winkelabweichungssignalen aber multipliziert mit einer Funktion der Schrägentfernung sind.

- 16 409816/Ü186

Die Punktionen von der Schrägentfernung, die in den Funktionsgebern 22 und 32 vorgegeben werden, richten sich dem jeweils gewünschten Führungsverhalten. Die Figuren 8 bis zeigen verschiedene Beispiele und zwar in Diagrammen ähnlich den Diagrammen von Fig. 5. Dabei entspricht das mittlere Diagramm der durch den jeweiligen Funktionsgeber bzw. 32 übertragenen Funktion, Das obere Diagramm veranschaulicht die Form der "Kurven gleichen Zeigerausschlags", doho der wegmäßigen Ablagen vom Leitstrahl, die den gleichen, ZeB. den maximalen Ausschlag des Zeigers am Kreuzzeigerinstrument 30 hervorrufen als Funktion wieder des Schrägabstands ο Das untere Diagramm zeigt demgegenüber die Anzeigeemfpindlichkeit des Kreuzzeigerinstruments für wegmäßige Ablagen vom Leitstrahl.

Bei der Auslegung von Fig. 8 wird die Winkelablage mit ■ ' einer Funktion multipliziert, die direkt proportional der Schrägentfernung R ist, d.h_e die auf den Winkel bezogene Anzeigeempfindlichkeit wächst proportional mit dem Abstand vom Leitstrahlsender. Wegen Gleichung (1) bleibt dabei die dem maximalen Instrumentenausschlag entsprechende wegmäßige' Ablage vom Leitstrahl konstant. Ebenso bleibt konstant die Anzeigeempfindlichkeit des Kreuzzeigerinstruments für solche wegmäßigen Ablagen. Bezieht man dies beispielsweise auf die Höhenführung des Flugzeuges, so bedeutet dies, daß unmittelbar die Höhenablage des Flugzeugs vom Leitstrahl gemessen wird. Der Pilot kann daher das Flugzeug bis zur Landung mit einer bestimmten Genaugikeit der Höhenführung auf dem Leitstrahl halten. Ein solches Verhalten der Vorrichtung für die Flugbahnführung ist besonders vorteilhaft in der Nähe des Leitstrahlsenders. In größeren Entfernungen vom Leitstrahlsender könnte ein solches

- 17 409816/0 186

Verhalten unpraktisch sein, weil es den Piloten veranlaßt, das Flugzeug auch in größeren Entfernungen unnötig genau auf dem kommandierten Leitstrahl zu halten. In größeren oder mittleren Entfernungen vom Leitstrahlsender empfiehlt ■ es sich daher unter Umständen, die Flug"bahnführung in konventioneller Weise in Abhängigkeit von der Winkelablage vorzunehmen.

Das wird erreicht, wenn die Charakteristiken der Vorrichtung nach Art von Fig. 9 gewählt sind. Für kleine Schrägentfernungen bis zu einer Entfernung Rq zeigt die Vorrichtung gemäß Fig«, 9 das Verhalten von Fig. 8, d.ho eine konstante Anzeigeempfindlichkeit für wegmäßige Ablagen ■ vom Leitstrahl, während für größere Schrägentfernungen die Charakteristiken den Verlauf von Fig. 5 annehmen, doho eine konstante Anzeigeemfpindlichkeit bezogen auf Winkelablagen liefern,,

Figo' 10 veranschaulicht eine Auslegung der Vorrichtung, insbesondere des Funktionsgebers 22, die besonders für die Seitenführung des Flugzeugs geeignet ist. Das wird noch näher erläutert werden. Bei der Auslegung nach Figo ergibt sich in einem 'Nahbereich eine konstante Anzeigeempfindlichkeit bezogen auf wegmäßige Ablagen vom Leitstrahl. In einem mittleren Entfernungsbereich ergibt' sich ein Verhalten nach Fig. 5, d.h. eine konstante Anzeigeempfindlichkeit bezogen auf die Winkelablage, während bei großen Entfernungen wieder eine von der Entfernung unabhängig konstante Empfindlichkeit bezüglich wegmäßiger Ablagen erhalten wird, allerdings mit einem wesentlich geringeren Wert der Empfindlichkeit. Die Kurven konstanten Instrumentenausschlags, also die wegmäßigen Ablagen vom Leitstrahl, die einen konstanten Ausschlag des Kreuzzeigerinstruments 30 hervorrufen, in Abhängigkeit

409816/0186 -

von der Entfernung R haben eine flaschenartige Gestalt„

Es kann besonders für besseres horizontales Einfädeln erwünscht sein, wenn die. Empfindlichkeit bezogen auf wegmäßige Ablagen bei großen Entfernungen überproportional mit d er Entfernung abnimmt, also für große Ent-fernungen auch eine Abnahme der auf die Winkelablage bezogenen Empfindlichkeit erfolgt. In einem mittleren Bereich kann mit einer konstanten Empfindlichkeit bezogen auf die Winkelablage geflogen werden, während bei kleinen Entfernungen wieder mit konstanter Empfindlichkeit für wegmäßige Ablagen gearbeitet wird. Die Kurven gleichen Instrumentenausschlags haben dann, wie aus Fig. 11 und 12 ersichtlich ist, eine trompetenartige Gestalt. Die Figuren 11 und 12 zeigen zwei Realisierungemöglichkeiten eines solchen Verhaltens, wobei in dem einen Fall die von dem Funktionsgeber 32 übertragene Funktion eine stetige Funktion der entfernung R ist, v/ährend diese Funktion in dem anderen Falle aus Geraden-Stücken zusammengesetzt ist.

Fig. 13 zeigt als Beispiel Linien konstanten Kreuzzeigerausschlags mit einer solchen trompetenförmigen Gestalt. Eine solche Anordnung wird zweckmäßigerweise für die Höhenführung verwendet, um ein leichteres "Einfädeln" des Flugzeuges in den Leitstrahl zu ermöglichen. In einem Nahbereich a ist die Empfindlichkeit für Höhenablagen konstant. In einem Bereich b wachsen die einem konstanten vorgegebenen Kreuzzeigerausschlag entsprechenden Höhenablagen proportional zur Entfernung, während in einem Bereich großer Entfernungen ( c ) die einem konstanten Kreuzzeigerausschlag entsprechenden Höhenablagen überproportions. 1 mit der Entfernung zunehmen.

BAD ORIGINAL - 1 9 -

BAU um«»'"·™-

409816/0186

- iy -

Solche " trompetenformxgen " Linien gleichen Kreuzzeiger ausschlages sind unter Umständen für die Seitenführung weniger gut geeignet. Pur die Seitenführung wird ein Ver fahren benötigt, das dem Piloten angibt, wann Standardkurven mit O = i80°/min eingeleitet werden müssen, um den kommandierten Leitstrahl ohne einschneidende Korrekturmaßnahmen zu treffen und zu halten. Beim Fliegen mit Standardkurven gehört zu jeder Flugbahngeschwindigkeit U ein entsprechender Kurvenradius.

R = U oder bei CC = 180°/min

R₃ OJ = 60

'7. U

wobei U in m/sec anzugeben wäre. Hit einer Auslegung der Vorrichtung zur Flugbahnführung gemäß Fig. 10, die zu ¹¹ flaschenförmigen " Linien konstanten Kreuzzeigerausschlags führt, kann das Einfliegen in den Leitstrahl folgendermaßen erfolgen:

Es wird im Bereich des Einfliegens eine konstante Anzeigeempfindlichkeit eingestellt, die gemäß Figo 8 zu einer der seitlichen Ablage proportionalen Anzeige führt. Ist die Anzeige so justiert, daß eine wichtige Markierung des Kreuzzeigerinstruments 30, z.B« die Drei-Drittel Markierung (siehe Fig. 15) dem Standardradius R ent-

spricht, so kann der !tilot bei einem Anflug senkrecht zur Landebahn dann nie Standardkurve einleiten, wenn der Zeiger die Drei-Drittel Harke 'erreicht. Das kann er tun unabhängig von dem genauen Abstand vom Leitstrahlsender, in welchem das Flugzeug auf den Leitstrahl trifft. nach 30 Sekunden ist der kommandierte Leitstrahl erreicht und die Kurve wird ausgeleitet» Bs besteht

4 0 9 8 16/0186

BAD ORIGINAL

Instrur.ientenanzeigemarke A , bei der die Standardkurve

folgende Beziehung zwischen der Anflugrichtung ~ψαηά der Instrur.ientenanze:

eingeleitet wird»

( 5 ) A= ( 1 - cos > ) K ,

Bezeichnet man mit Λ t die Zeit, nach welcher diese Standardkurve wieder ausgeleitet werden muß, so ergibt sich folgender Zusammenhang zwischen Anflugrichtung ^r.; Instrumentenanzeigemarke A und Zeit Λ t, für welche die Standardkurve geflogen werden muß:

	^Am	KR₈	/At	,0	S
90°	1.000	^KRs	30	.0	S
60^θ	0.500	KR₃	20	.0	S
45°	0.293	^KRs	15	oO	S
30°	0.135	10

Bei einem .-jiflug unter 45° zur Landebahnrichtung, muß die Standardkurve bei Erreichen der Ein-Drittel Anzeigemarke eingeleitet und nach 15 see wieder ausgeleitet werden.

Der Punktionsgeber 22 zur Erzielung eines Verhaltens entsprechend Pig. 9 kann jait sehr einfachen Mitteln durch Begrenzung des DiIE-Signals vom Leitstrahlempfänger realisiert werden. Eine solche Schaltung ist in Pig. 16 dargestellt.

_ 21 -

4098 16/0 186

Der Funktionsgeber 22 enthält einen Operationsverstärker 40, an dem das DME-Signal in Form einer Gleichspannung über einen Widerstand 42 anliegt. Eine G-egenkopplungsschleife enthält einen Widerstand 44 sowie parallel dazu eine Diode Die Diode 46 hat einen Schwellwert, d.ho sie beginnt erst oberhalb einor bestimmten angelegten Spannung zu leiten₀ ?ür kleine DME-Werte ist die Diode 46 gesperrt. Der Funktionsgeber 22 überträgt das DME-Signal proportional mit einem durch die -./id er stände 44 und 42 gegebenen Verstärkungsfaktor, v/enn der G-renzwert erreicht wird, bei welchem die Diode 46 leitend wird, wird die Gegenkopplung über die Diode so erhöht, daß dieser Grenzwert am Ausgang gehalten wird ο

Das so erhaltene Ausgangssignal (ffigo 9) wird mittels des Hultiplisiergliedes 26 mit der Elevationswinkelabweichung multiplizierte

BAD ORIGINAL

409816/0 18b

Claims

.Patentansprüche

\1»/rorrichtu.ng zur Plugbahnführung nach einem Punkleitstrahl, der die Plugzeugposition relativ zu einem Leitstrahlsender nach Elevation und/oder Azimut und Schrägentfernung als Signal an einem Bordgerät liefert, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitstrahlempfänger mit einem analogen oder digitalen Rechner verbunden ist, durch den die einer winkelmäßigen Ablage von einem geraden oder gekrümmten Anflugprofil entsprechenden Ablagesignale mit der Schrägentfernung oder einer Funktion derselben multipliziert werden.

2# Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Verwendung mit einer Punkleitstrahl-Senderanordnung, bei welcher ein erster Funkleitstrahlsender auf diesen bezogene Azimut- und Schrägentfernungssignale und ein in einem vorgegebenen Abstand davon angeordneter zweiter Sender ein auf den letzteren bezogenes ElevationssignalifSadurch gekennzeichnet, daß der Rechner einen ersten und einen zweiten Punktionsgeber enthält, von denen der erste von dem Schrägentfernungssignal und der zweite von einem Signal beaufschlagt ist, welches proportional zu der Differenz der Schrägentfernung und des besagten vorgegebenen Abstands ist, daß das Ausgangssignal des ersten Punktionsgebers zusammen mit einem Azimutwinkel-Ablagesignal einem ersten Multiplizierglied zugeführt wird und daß das Ausgangssignal des zv/eiten Punktionsgebers zusammen mit einem Elevationswinkel-Ablagesignal einem zweiten Multiplizierglied zugeführt wird.

409816/0186 " ²³ "

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der "beiden Multiplizierglieder einen Autopiloten und/oder die beiden Systeme eines Kreuzzeigerinstruments beaufschlagen.

4-, Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der erste Funktionsgeber das Schrägentfernungssignal nach einer Funktion überträgt, die in einem Bereich kleiner Schrägentfernungen einen proportionalen Anstieg, im Bereich mittlerer Schrägentfernungen einen konstanten Wert und im Bereich großer Schrägentfernungen einen erneuten proportionalen Anstieg zeigt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Funktionsgeber das Differenzsignal . .nach einer Funktion überträgt, die in einem Bereich kleiner Differenzsignale einen linearen Anstieg, in einem Bereich mittlerer Differenzsignale einen konstanten Wert und im Bereich großer Differenzsignale einen Abfall zeigt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgeber zur "Übertragung des Schrä^ntfernungssignals nach einer Funktion, die im Bereich kleiner Schrägentfernungen einen proportionalen Anstieg und oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes einen konstanten Wert zeigt, als Begrenzer mit einem Operationsverstärker ausgebildet ist, der in seinem Gegenkopplungszweig die Parallelschaltung einer Diode o.dgl. und eines ohmschen Widerstandes enthält.

98 16/0 186